功率模块主动热控制技术研究综述

功率半导体器件是基于电力电子技术的电能变换、电力驱动等领域的核心,在新能源发电、交通运输以及航空航天等领域有广阔的应用前景,然而其发热原因造成的退化失效和可靠性等问题已成为其进一步发展的瓶颈,亟需探究有效的热管理方法,以提高其可靠性和使用寿命。在介绍功率模块的热管理方法的基础上,重点综述了其主动热管理方法的研究进展。依据控制参量的不同将其分为器件级、系统级和多参量的综合方法,并对各种方法进行了分析比对总结。最后提出了功率器件结温相关技术的发展趋势,进行了展望,以期为其后续研究应用提供参考。

光学舱推进剂补加过程的热分析仿真与试验研究

推进剂补加是确保光学舱在轨长寿命工作的重要功能,补加过程面临的热环境条件比以往任务恶劣,全过程热控制十分必要。针对光学舱推进剂补加过程的复杂传热新问题,建立包含压气机、液冷模块和环路热管等部件的光学舱平台集成热数学模型,进行热分析仿真研究,并开展系统级热试验。对比高温和低温2种补加条件的瞬态热分析和热试验结果,研究传热关系和温度变化规律;针对热试验中垂直热管因重力因素从不运行至运行的瞬态过程,提出一种变热导率仿真方法;提出高温补加优化设计方案并进行在轨预示。结果表明:瞬态仿真结果与试验结果吻合良好,验证了热分析方法和仿真模型的准确性和有效性;在轨补加采用压气机本体预热并启动2套环路热管,压气机的最高温度≤34.1℃,预热总功耗50 Wh,满足指标要求。研究结果对于光学舱停靠空间站期间的推进剂补加流程设计具有一定参考价值。

IN718高温合金的新型热控凝固工艺优化

针对高温合金复杂薄壁铸件易出现欠铸、晶粒粗大和疏松等问题,开发了一种以“低温浇注、高温充型、顺序凝固”为特征的新型热控凝固工艺,研究了在1 380℃浇注温度下模壳温度(1 260~1 350℃)和抽拉速度(6~48 mm·min^(-1))等工艺参数对IN718高温合金圆柱试样组织的影响,并在优化工艺下进行了复杂薄壁特征结构件的成形试验。结果表明:随着模壳温度升高,试样的晶粒尺寸从2.33 mm增加到7.46 mm,且组织均匀性变差,断面等轴晶比例由98%降低到41%,疏松数量减少,尺寸减小。随着抽拉速度增大,晶粒尺寸从3.66 mm减小到2.69 mm,疏松数量增加,尺寸增大;当抽拉速度不小于24 mm·min^(-1)时,组织均匀性较好。最优工艺为模壳温度1 290℃、抽拉速度24 mm·min^(-1),采用该工艺可制备得到晶粒尺寸为0.81 mm、疏松面积分数仅为0.2%、最小壁厚为1.8 mm的IN718高温合金大面积薄壁特征结构件。

新型迷你通道-相变热沉实验研究

电子元件的集成化、微型化等特点加剧了芯片的热问题,基于相变材料的被动式冷却技术已无法满足功率波动的高功率电子设备的需求。本文将相变技术与主动冷却技术相结合,提出了一种用于风冷散热的新型迷你通道-相变热沉结构。该结构改善了相变材料导热性能差的问题,也解决了相变材料熔化后泄漏的问题。通过实验测试了不同热流密度、不同风速对其热控性能的影响,总结了热沉的蓄放热特性,并与未填充相变材料热沉的热控性能进行了对比。实验中热流密度变化范围为1.81~3.47 W/cm^(2),风速变化范围为0~4 m/s。研究表明:热流密度的增大和风速的降低均会导致热沉温控时间的缩短。2 m/s风速足以满足热流密度小于2.91 W/cm^(2)的芯片散热需求,4 m/s风速可以在热流密度为3.47 W/cm^(2)的情况下将热沉底面温度维持在70℃。与未填充相变材料热沉相比,本研究提出的热沉可以起到延长温控时长,降低稳态温度的作用。此外,风扇的开启可以有效缩短热沉的冷却时间,对于间歇性工作的电子设备具有重要的应用意义。研究结果可为迷你通道-相变热沉在实践中的应用提供参考依据。

深部采矿岩石力学进展

随着煤炭开采日益向深部发展,深部采矿引发的围岩大变形破坏和强冲击动力灾害日益严峻。在深部高地应力、高地温、高渗透压、强采动、强流变及多场耦合的复杂地质力学环境下,深部采场的应力场特征、煤岩体破碎性质、岩层移动及能量的积聚释放规律等均发生了显著变化。针对深部采矿中的岩石力学问题,论述了笔者及团队在深部采煤方法、深部巷道破坏机理与围岩控制、深井热害与地热利用三大方向取得的进展,主要包括:(1)提出了平衡开采理论和实现平衡开采的110/N00工法,进行了千米深井现场工程应用;(2)构建了深部“非均压建井”模式,研发了实现深井稳定提升的SAP系统,形成了可大幅简化井巷工程量和提高矿井采出率的建井方法;(3)研发了多套适用于研究深部岩体在水、高温、高压、结构效应及多场耦合作用下发生宏观破坏的实验系统和可进行微观层面演算的超算系统,揭示了深部软岩大变形破坏机理及多尺度力学特性;(4)研制了深部岩体冲击型和应变型岩爆实验系统,阐述了深部岩体冲击能量沿开挖临空面瞬间释放的非线性动力学行为;(5)提出了深部巷道开挖补偿支护理论,进一步发展了具有高恒阻、高延伸率、强吸能和耐冲击超常力学特性的NPR支护材料和技术;(6)研发了模拟深部高温、高湿和高压环境下的岩体热力学实验系统,提出了热害治理和热能资源化利用方法,建立了深部热害治理与热能综合利用系统(HEMS)。相关研究成果已在深部开采领域得以应用,可为深部采矿面临的复杂岩石力学问题提供借鉴。

锂离子电池储能电站的热失控状态检测与安全防控技术研究进展

锂离子电池具有能量密度大、使用寿命长、工作温度范围宽、自放电小等优点,是中国电化学储能电站的主流电池技术。然而,在加热、过充等恶劣工况下,锂离子电池易发生热失控引发火灾甚至爆炸,因此其安全问题已逐渐成为锂离子电池储能电站建设及大规模应用的首要问题。该文系统分析了锂离子储能电池热失控的诱因、电池内部反应过程及外部特征参量的变化规律,重点总结了当前主要的电池热失控状态检测技术、智能诊断算法及储能电站安全防控技术,最后对储能电站热失控状态检测及安全防控技术进行了总结和展望。

典型服役热环境下舵面结构动力学特性试验技术

高超声速飞行器高速飞行过程会遭受严重的气动力叠加热载荷的复杂载荷联合作用,尤其是舵面结构,其在复杂载荷下的结构动力学特性是影响装备服役安全及可靠飞行的关键因素,通过试验进行验证和评估是一种有效的研究手段。舵面结构典型服役工况下表面温度高,迎风面与背风面气动热温差往往达到数百摄氏度,需要在试验中进行精确模拟。以C/SiC舵面结构为研究对象,设计并搭建了瞬态热环境下结构动力学特性试验系统,构建了一种加载温度高、迎风面与背风面温差大的典型服役热载荷环境,开展了舵面结构在该环境下的动力学特性试验研究,获取了结构的动力学特性变化规律。研究成果为典型服役热环境对现代高超声速飞行器舵面结构的动力学特性影响研究提供了重要验证手段。

星载高精度偏振扫描仪热控设计与验证

偏振扫描仪安装于卫星对地板,周围有其他载荷的遮挡,热环境复杂,是卫星热控设计的难点。文章根据扫描仪不同部组件的控温要求设计热控方案,包括:主光学组件与框架隔热并包覆多层隔热组件;红外探测器热沉、头部电路盒分别设计独立的散热路径,通过外贴热管连接辅助散热板散热;结合电加热主动控温;在主要部位安装隔热垫。该热控方案已通过热平衡试验在地面的考核验证,在轨遥测数据显示:主光学组件温度控制在(16±1)℃,头部电路盒温度控制在6~8℃,红外探测器热沉温度控制在(-22±1)℃,满足扫描仪各项温度指标要求。以上表明该热控方案合理有效,对同类型光学载荷的热控设计及优化具有借鉴意义。

标准化作业在火电调试中的探索与实践

标准化作业是实现火电调试现场安全目标的有效手段,结合火电调试特点将调试作业过程分解为一系列风险控制点,并建立以控制点安全管理为基础的标准化作业体系。通过某6×800 t/h循环流化床机组调试实践,验证了该标准化作业体系的适用性。该标准化作业体系较好地解决了风险隐患辨识不足、预控措施有效性难以确认的问题,提升了调试过程中的事故防范水平。

基于组合热流模拟策略的遥感卫星热平衡试验设计与验证

针对某型遥感卫星的不同区域对高精度热流模拟的需求,文章提出一种组合热流模拟策略:以红外加热笼来实现卫星舱板表面的外热流模拟,用薄膜电加热器实现卫星外露复杂表面外热流模拟。试验结果表明,在文述参试卫星状态及所采取的热设计措施下,该方法可对卫星低温初期、高温末期和高温热真空工况下的外热流进行精准模拟,并可有效考核遥感卫星的热控设计。该热流模拟策略可为卫星瞬态功耗散热设计的优化提供参考依据,为我国未来光学遥感卫星的热平衡试验及验证提供技术支撑。

液态金属在电子热控中的应用进展与挑战

液态金属作为当下科学和工业前沿的璀璨明珠,不仅是实际应用中不可或缺的重要组成部分,更是一个充满未知奇迹的探索领域。其独特的物理性质使得它在电子热控方面备受瞩目。文中剖析了热控应用中至关重要的典型液态金属的物理参数和性能,深入挖掘了液态金属在电子热控中的应用场景,介绍了它作为热界面材料、相变储能材料和循环工质的现状和研究进展,并进一步阐述了液态金属在电子热控应用中面临的主要技术挑战,提出了应对这些技术挑战的技术途径,指出了液态金属未来的研究方向。

基于可重构分布式控温的高稳定度热控系统研究

随着光学遥感卫星分辨率的不断提高,光学系统的口径和焦距越来越大,空间光学系统对大面积、高稳定度温度控制的需求越来越突出,而集中控温模式存在热控引线多且走线困难、测温稳定性差等不足,难以满足光学系统大面积高稳定度的控温需求.提出了一种主控加远端的分布式控温系统构架和基于差分比例电阻的高稳定度测温方法,研制了基于分布式的可重构控温系统样机.试验结果表明:系统具有较强的拓展性和自主重构能力,大大提高了热控系统的适应能力,测温稳定性优于±3mK/3h.

“三全育人”理念指导下热工控制系统试验与维护课程思政的教学设计与实施

对当前高职院校热工控制系统试验与维护课程的教学现状及问题进行分析。提出了以“厚德强技乐业、电力点亮人生”为思政主线的课程思政总体设计思路,从课程思政教学目标、教学体系、教学方法、教学实施、教学评价5个方面对高职院校热工控制系统试验与维护课程思政教学进行了改革探索。实践结果表明,热工控制系统试验与维护课程思政教学改革取得了良好效果,学生的电力报国情怀培育得以强化,人才培养质量显著提高,毕业生获就业单位广泛好评。

分娩母猪舍仔猪智能保温控制系统设计

为解决传统仔猪加热装置难以满足不同日龄仔猪体感温度需求、能耗高等问题,设计一种分娩舍仔猪智能保温控制系统。分娩舍仔猪智能保温控制系统根据猪舍养殖环境因子如温度、相对湿度和风速,推算仔猪当前的体感温度,智能和集群调节保温设备的输出功率,以满足不同阶段日龄仔猪对体感温度的需求。开展分娩母猪舍仔猪保温控制系统试验,试验结果表明,该系统能够将仔猪体感温度控制在设定温度区间内,体感温度波动范围在±0.75℃内。不同日龄下体感温度数据计算出的变异系数均小于0.1,表现为弱变异性,说明体感温度的离散程度较小,系统控制体感温度效果相对稳定。该研究为分娩母猪舍环境调控提供参考。

磷酸铁锂电池爆阀后热失控抑制策略及效果研究

为了研究磷酸铁锂电池爆阀后热失控的抑制效果,搭建了热失控特性检测试验平台。首先对电池热失控喷气进行阶段划分,然后对比分析了不同时机切断供电对磷酸铁锂电池热失控现象特性、温度和可燃气浓度特性的影响。结果表明:磷酸铁锂电池安全阀爆开后,存在2次喷气,时间间隔为10 s左右。当安全阀打开时,伴随少量气体的喷发,立即切断供电,内部反应随之停止,阀口并未出现第2次喷气。在第2次喷气后,电池进入完全热失控状态,若立即切断供电,电池表面温度长时间持续升高,最高温度为93℃。在第2次喷气2 min后再断电,电池表面温度持续升高至200℃,相较于第2次喷气时断电,最高温度差为107℃,H_2、CO的最大体积分数差为7.09×10~(-4)、3.28×10~(-4)。如果在安全阀开启瞬间不能立刻预警及干预,有效的预警应该在第1次喷气和第2次喷气之间动作,可以控制温度的上升和可燃气体的喷射,降低火灾爆炸风险。

电厂热控仪表故障及预防措施研究

电厂热控仪表用于监测和控制各种热控参数,确保电厂的安全运行和高效发电。然而,由于长期使用和环境影响,热控仪表存在故障风险。为确保热控仪表运行的稳定性,以电磁流量计、压差流量计等热控仪表的常见故障问题为例,分析故障的原因和检修处理措施,并提出具体的故障预防措施。期望该研究为相关从业人员提供参考与借鉴,进而保障电力系统的可靠性和稳定性。

基于ADRC的高精度红外热成像仪温度控制系统设计

为了可以更加精准地控制红外热成像仪温度,设计一种基于ADRC的高精度红外热成像仪温度控制系统;由系统供电模块、探测器驱动模块、模数转换模块、视距估算模块、视频信号处理模块、外部存储模块、以太网传输模块和温度控制模块组成温度控制系统;利用自抗扰控制设计一种单轴控制器,将由时延带来的不确定性建模作为系统综合扰动的一部分,对扩张状态观测器以及总和扰动展开估计,同时在前馈通道对其展开补偿,消除时延对控制器产生的影响,将控制器应用于红外热成像仪温度控制中,获取高精度的红外热成像仪温度控制结果;通过实验分析证明,设计系统的帧频、响应波段、启动时间、供电范围和功耗测试结果分别为55 Hz、11μm、3.4 s、12 VDC和0.56 W,具有良好的红外热成像仪温度控制性能,可以满足提取高质量的红外图像的要求。

飞轮储能辅助火电机组一次调频及其性能评价

为促进太阳能、风能等新能源消纳,进一步拓宽火电储能技术升级和灵活性改造渠道,助力双碳目标和新型电力系统建设,提出增设储能系统辅助火电机组调频以解决火电机组爬坡慢、机组振荡不稳定等问题。基于国内外研究现状,提出机组以及储能系统荷电状态出力控制策略模型,通过Matlab/Simulink搭建两区域电网进行模拟仿真。结果表明,在阶跃扰动下区域1机组耦合1 MW飞轮储能系统后,峰值降至1.93×10^(-3)pu,降低4×10^(-4) pu,占原频率波动率的9.39%,机组实际出力从2.45×10^(-2)pu降至1.61×10^(-2)pu,降低34%。结果表明,在外界相同扰动条件下,采用飞轮储能辅助火电机组调频可有效减小系统频率波动量,减少汽轮机输出功率波动,提升调频性能。

利用热网蓄能辅助供热机组调频的控制研究

随着如风电、太阳能等可再生能源的并网,使得火电机组需要进行深度调峰且快速响应调度指令。然而,传统的负荷调节控制方法难以使得机组应对调度指令的频繁变化。火电机组热网包含着大量的管道与热力设备,它们均具有很强的蓄热能力,合理利用其蓄热可在短时间内提升机组负荷响应速度。针对上述问题,对利用热网蓄能辅助供热机组负荷调节进行了研究,并设计了基于调度指令与负荷响应偏差的协调控制系统。仿真结果表明,所设计的协调控制系统能够提高机组负荷响应调度指令的能力,且保证供热压力的稳定。

扁平大空间船舶火灾烟气控制试验研究

为有效控制扁平大空间船舶火灾烟气蔓延,研究大尺度火灾过程中的油池质量损失速率、舱室温度分布、隔热效率和烟气控制效果。利用尺寸为30 m×24 m×2.3 m的模拟舱,在0.35、0.55和0.70 m等3种不同挡烟垂壁高度和机械通风条件下开展试验。结果表明:挡烟垂壁高度增加,油池质量损失速率峰值减小;挡烟垂壁高度对舱室上层烟气温度的影响比对下层气体温度的影响更明显,1.4 m以上空间温度峰值明显下降,而1.4 m以下空间温度峰值无明显变化。顶棚平均温度和隔热效率随挡烟垂壁高度增加而下降。随挡烟垂壁高度增加,火源区与非火源区同时控烟模式隔热效率从28.2%提升至50.8%,火源区单独控烟模式隔热效率从29.4%提升至54.7%。